1.算法描述
随着无线通信技术的飞速发展，为支持多种不同无线接入技术、不同系统间协作、不同业务类型及终端差异性等需求，未来的无线网络将是一种协作式的异构网络融合架构，这将给系统的无线资源管理带来新的变化与挑战。传统的无线资源管理技术，已不能很好地满足多制式异构蜂窝网络环境下的不同需求。为了解决异构网络间无线资源的协作管理与调度问题，联合接纳控制与垂直切换等技术引起了广泛研究与讨论。
联合接纳控制是一种集中式的接纳控制，多种RAT在相同的区域进行覆盖，形成了多RAT的网络结构。每一种无线接入技术RAT(Radio Access Technology)由若干个基站BS(Base Station)组成，每个BS根据需要，管理相应的多个小区，每个BS对所属的多个小区进行接纳控制，将网络信息上报到JAC实体，由JAC做出接纳判决。具体系统模型，如下图1所示：
上图1可知，由于各网络将业务请求转发到JAC控制实体中进行处理，同时JAC需要综合各网络的状况，来决定对该业务请求进行判决，是否能被接纳以及接纳到哪个网络，这种方法虽然能够实现多网络之间的资源优化合理使用，但该方法中每个业务请求向JAC实体进行转发，增加了业务请求的响应和处理时间，降低了用户体验。
根据终端位置信息，基站向终端提供网络带宽、时延等参数。以QoS最优化为目标确定能代表网络性能的属性量决策，通过选择几个比较重要的属性参数，属性层为影响网络选择的决定性因素：信号强度P、服务速率S、网络延迟D、网络的使用费用C，如图4.2所示，为各网络属性加权示意图：
垂直切换，主要是针对UE连接态时，经过切换测量，切换策略，对UE进行切换执行，切换到目标网络；如果超出则仿真结束，进行UE及小区更新，主要是周期性更新小区负载和UE位置方向、速度等信息；
仿真流程；如下图3所示：
垂直切换仿真流程说明：
垂直切换：分类统计切换失败次数、乒乓切换和short-stay切换次数，切换完成(切换接入成功)时，判断并统计乒乓。Short-stay切换次数；
2.仿真效果预览
matlab2022a仿真结果如下：
3.MATLAB核心程序
`%移动设备必须经过的关键点
VP_ms = [-1000,500; %A
-290,105; %B
-20, 40; %C
0, 40; %D
20, 40; %E
250,120; %F
1200,800] ;%G
type = 1;%业务类型：1：语音业务，2：数据业务,3:视频模型
%各个网络的接入，断开功率门限值
Rss_gsm_in = -50;%dbm
Rss_gsm_out = -65;%dbm
Rss_tds_in = -55;%dbm
Rss_tds_out = -70;%dbm
Rss_lte_in = -50;%dbm
Rss_lte_out = -65;%dbm
%定义用户运动的距离
Xp = 0;
Yp = 0;
%定义仿真时间参数
delta = 0.01;
Time = 3;
t = 0;
%数组计数器
Ind = 0;
Ind2 = 0;
%接收功率、最大的传输速率、时延、费用价格
%其中接收功率为实测
POW_gsm = 0;
Rb_gsm = 8;
DLY_gsm = 40;
MNY_gsm = 0.2;
POW_tds = 0;
Rb_tds = 1.28;
DLY_tds = 20;
MNY_tds = 0.3;
POW_lte = 0;
Rb_lte = 8;
DLY_lte = 45;
MNY_lte = 0.1;
%接收功率、最大的传输速率、时延、费用价格
ViewS = 20;%减小消耗内存，采样显示结果
%定义分层矩阵
C = zeros(4,4);
%%
%场景的初始化
%X,Y为MB移动的路径，随着时间的变化而X,Y的变化值，用于循环仿真使用
[X,Y] = func_Simu_Scene(P_tds,P_lte,P_gsm,VP_ms,R_tds,R_lte,R_gsm,NUE);
save My_Result\Simu_Scene.mat
%%
%主循环
%定义变量
Len = min(Time/delta,floor((length(X{UE_Spec})-Sp_ms)/Sp_ms));
%定义网络ID变量
ClK = zeros(Len,1);
IDs = zeros(Len,3);
RSS_tdss = zeros(Len,1);
RSS_gsms = zeros(Len,1);
RSS_ltes = zeros(Len,1);
Networkcontribution_tdss = zeros(Len,1);
Networkcontribution_gsms = zeros(Len,1);
Networkcontribution_ltes = zeros(Len,1);
IDs2 = zeros(Len,1);
USER_SPACE = zeros(Len,NUE);
%记录指定用户的切换情况
UE_Spec_NET = zeros(Len,1);
STime = 1000;%蒙特卡洛循环次数
%主循环
%定义变量
for iii = 1:length(Sp_ms)
Len = (Time/delta);
%定义网络ID变量
tmp1 = 0;
tmp2 = 0;
for iii2 = 1:STime%各种速度仿真STime次，计算平均
iii
iii2
t = 0;
%数组计数器
Ind = 0;
Ind2 = 0;
RandStream.setDefaultStream(RandStream('mt19937ar','seed',iii2));
while (t < Time-delta )
t
%计算时间
t = t + delta*Sp_ms(iii);
Ind = Ind + Sp_ms(iii);
Ind2 = Ind2 + 1;
for Nj = 1:NUE
%根据坐标位置，得到MB的当前区域,在一个小范围内，进行仿真，
%根据坐标位置，得到MB的当前区域,在一个小范围内，进行仿真，
if Ind2 == 1
Xp = 100*randn(1,1)-900;
Yp = 0;
else
Xp = Xp + Sp_ms(iii);
Yp = 0;
end
ddd = sqrt((Xp - P_tds(1))^2 + (Yp - P_tds(2))^2);
if ddd >= 800
Xp = 100*randn(1,1)-900;
Yp = 0;
else
Xp = Xp;
Yp = 0;
end
%根据不同的区域，确定有几个网络
ID(:,Nj) = func_NET_ID(Xp,Yp,P_tds,P_lte,P_gsm,R_tds,R_lte,R_gsm);
%计算RSS值
RSS_tds(Nj) = func_Rss_cal(Xp,Yp,Sp_ms(iii),P_tds,F_tds,t,Pow_tds,ISFAST);
RSS_lte(Nj) = func_Rss_cal(Xp,Yp,Sp_ms(iii),P_lte,F_lte,t,Pow_lte,ISFAST);
RSS_gsm(Nj) = func_Rss_cal(Xp,Yp,Sp_ms(iii),P_gsm,F_gsm,t,Pow_gsm,ISFAST);
end
%===========================================================================
%判断每一时刻的备选网络
%进行分层计算,这个根据业务模型的不同，而不同
%接收功率、最大的传输速率、时延、费用价格
%正常情况下，我们假设接收功率时变，而其他三个参数固定，从而进行实时计算网络贡献值
%这里，分层法的解W，我参考了另外一篇的做法，比较方便
if type == 1%语音业务，我们认为时延最重要
%接收功率、最大的传输速率、时延、费用价格
C=[1 5 1/7 3;
1/5 1 1/3 1/2;
7 3 1 2;
1/3 2 1/2 1];
end
%计算权值W
for i = 1:4
w2(i) = (C(i,1)C(i,2) C(i,3)* C(i,4))^0.25;
end
for i = 1:4
w(i) = w2(i)/sum(w2);
end
w1 = w(1);
w2 = w(2);
w3 = w(3);
w4 = w(4);
%注意，这里矩阵C的建立，具有一定的主观性，所以我就不设置了，你改下，就可以换别的业务模型进行仿真了
%注意，这里矩阵C的建立，具有一定的主观性，所以我就不设置了，你改下，就可以换别的业务模型进行仿真了
%计算网络贡献权值由上面的分层法计算得到
%接收功率、最大的传输速率、时延、费用价格
for Nj = 1:NUE
%将功率dbm转换为标准功率w
PP_tds(Nj) = 10^(RSS_tds(Nj)/20);
PP_lte(Nj) = 10^(RSS_lte(Nj)/20);
PP_gsm(Nj) = 10^(RSS_gsm(Nj)/20);
%构成矩阵，并规划化
Rs = [PP_tds(Nj),Rb_tds,DLY_tds,MNY_tds;
PP_lte(Nj),Rb_lte,DLY_lte,MNY_lte;
PP_gsm(Nj),Rb_gsm,DLY_gsm,MNY_gsm];
[r,c] = size(Rs);
for j = 1:c
Mins = min(Rs(:,j));
Maxs = max(Rs(:,j));
for i = 1:r
R(i,j) = (Rs(i,j)-Mins)/(Maxs);
end
end
if ID(:,Nj) == [1,0,0]'
Networkcontribution_tds(Nj) = w1R(1,1) + w2R(1,2) + w3R(1,3) + w4R(1,4);
Networkcontribution_lte(Nj) = 0;
Networkcontribution_gsm(Nj) = 0;
elseif ID(:,Nj) == [0,2,0]'
Networkcontribution_tds(Nj) = 0;
Networkcontribution_lte(Nj) = w1R(2,1) + w2R(2,2) + w3R(2,3) + w4R(2,4);
Networkcontribution_gsm(Nj) = 0;
elseif ID(:,Nj) == [0,0,3]'
Networkcontribution_tds(Nj) = 0;
Networkcontribution_lte(Nj) = 0;
Networkcontribution_gsm(Nj) = w1R(3,1) + w2R(3,2) + w3R(3,3) + w4R(3,4);
elseif ID(:,Nj) == [1,2,0]'
Networkcontribution_tds(Nj) = w1R(1,1) + w2R(1,2) + w3R(1,3) + w4R(1,4);
Networkcontribution_lte(Nj) = w1R(2,1) + w2R(2,2) + w3R(2,3) + w4R(2,4);
Networkcontribution_gsm(Nj) = 0;
elseif ID(:,Nj) == [1,0,3]'
Networkcontribution_tds(Nj) = w1R(1,1) + w2R(1,2) + w3R(1,3) + w4R(1,4);
Networkcontribution_lte(Nj) = 0;
Networkcontribution_gsm(Nj) = w1R(3,1) + w2R(3,2) + w3R(3,3) + w4R(3,4);
elseif ID(:,Nj) == [0,2,3]'
Networkcontribution_tds(Nj) = 0;
Networkcontribution_lte(Nj) = w1R(2,1) + w2R(2,2) + w3R(2,3) + w4R(2,4);
Networkcontribution_gsm(Nj) = w1R(3,1) + w2R(3,2) + w3R(3,3) + w4R(3,4);
elseif ID(:,Nj) == [1,2,3]'
Networkcontribution_tds(Nj) = w1R(1,1) + w2R(1,2) + w3R(1,3) + w4R(1,4);
Networkcontribution_lte(Nj) = w1R(2,1) + w2R(2,2) + w3R(2,3) + w4R(2,4);
Networkcontribution_gsm(Nj) = w1R(3,1) + w2R(3,2) + w3R(3,3) + w4R(3,4);
else
Networkcontribution_tds(Nj) = 0;
Networkcontribution_lte(Nj) = 0;
Networkcontribution_gsm(Nj) = 0;
end
end
%初始化UE驻留网络，根据RSS值，来初始化驻留小区网络
if Ind2 <= 1
for Nj = 1:NUE
[V,I] = max([Networkcontribution_tds(Nj),Networkcontribution_lte(Nj),Networkcontribution_gsm(Nj)]);
USER_SPACE(Ind2,Nj) = I;
end
UE_Spec_NET(Ind2) = USER_SPACE(Ind2,UE_Spec);
else
%===========================================================================
%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制
%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制%接纳控制
%STEP1:检查当前网络是否处于重负载状态
%计算各个网络中用户个数
tmps = USER_SPACE(Ind2-1,:);
Num_tds = length(find(tmps == 1));
Num_lte = length(find(tmps == 2));
Num_gsm = length(find(tmps == 3));
%指定分析用户将要切入的网络
UE_Spec_ID = USER_SPACE(Ind2,UE_Spec);
isfull = 0;%初始，小区没有饱和
%判断该小区是否满负荷
if UE_Spec_ID == 1
if Num_tds >= Nfull_tds;isfull = 1;else;isfull = 0; end;
end
if UE_Spec_ID == 2
if Num_lte >= Nfull_lte;isfull = 1;else;isfull = 0; end;
end
if UE_Spec_ID == 3
if Num_gsm >= Nfull_gsm;isfull = 1;else;isfull = 0; end;
end
%如果否，则接纳该用户,即可以进行接纳其接入，即可以垂直切换
if isfull == 0
[V2,I2] = max([Networkcontribution_tds(UE_Spec),Networkcontribution_lte(UE_Spec),Networkcontribution_gsm(UE_Spec)]);
UE_Spec_NET(Ind2) = I2;
else
%如果是，系统检查当前网络是否有可用容量
UE_Spec_ID = USER_SPACE(Ind2-1,UE_Spec);
isfull2 = 0;%初始，小区没有饱和
%判断该小区是否满负荷
if UE_Spec_ID == 1
if Num_tds >= Nfull_tds;isfull2 = 1;else;isfull2 = 0; end;
end
if UE_Spec_ID == 2
if Num_lte >= Nfull_lte;isfull2 = 1;else;isfull2 = 0; end;
end
if UE_Spec_ID == 3
if Num_gsm >= Nfull_gsm;isfull2 = 1;else;isfull2 = 0; end;
end
if isfull2 == 1%如果没有，则拒绝该用户的接入请求
UE_Spec_NET(Ind2) = -inf;%负无穷，表示拒绝接入
else
UE_Spec_NET(Ind2) = UE_Spec_NET(Ind2-1);
end
end
end
%将每次循环的结果进行保存
ClK(Ind2) = t-delta;
IDs(Ind2,1) = ID(1,UE_Spec);
IDs(Ind2,2) = ID(2,UE_Spec);
IDs(Ind2,3) = ID(3,UE_Spec);
RSS_tdss(Ind2) = RSS_tds(UE_Spec);
RSS_ltes(Ind2) = RSS_lte(UE_Spec);
RSS_gsms(Ind2) = RSS_gsm(UE_Spec);
Networkcontribution_tdss(Ind2) = Networkcontribution_tds(UE_Spec);
Networkcontribution_ltes(Ind2) = Networkcontribution_lte(UE_Spec);
Networkcontribution_gsms(Ind2) = Networkcontribution_gsm(UE_Spec);
IDs2(Ind2) = UE_Spec_NET(Ind2);
%统计直接RSS方法的切换次数
[Vss,Iss] = max([RSS_tds(UE_Spec),RSS_lte(UE_Spec),RSS_gsm(UE_Spec)]);
IDs3(Ind2) = Iss;
if Ind2 > 2 & abs(IDs3(Ind2) - IDs3(Ind2-1)) > 0
tmp1 = tmp1 + 1;
end
%统计垂直切换策略的切换次数
if Ind2 > 2 & abs(IDs2(Ind2) - IDs2(Ind2-1)) > 0
tmp2 = tmp2 + 1;
end
end
end
N1(iii) = tmp1/STime;
N2(iii) = tmp2/STime;
end
figure;
plot(Sp_ms,N1,'k-o');
xlabel('Speed');
ylabel('切换次数');
grid on;
hold on
plot(Sp_ms,N2,'k-s');
xlabel('Speed');
ylabel('切换次数');
grid on;
hold on
legend('多属性策略JAC算法','半分布式JAC算法');
01_091_`
